DE102004052478A1

DE102004052478A1 - MR-Röntgen-Scanner mit einer drehbaren Anode

Info

Publication number: DE102004052478A1
Application number: DE102004052478A
Authority: DE
Inventors: Wayne F. Sussex Block; Scott J. Milwaukee Price
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2005-06-09
Also published as: US6973162B2; US20050096532A1; JP4726461B2; JP2005131408A

Abstract

Ein hybrider MR/Röntgen-Scanner ist offenbart, der die Akquisition von Röntgen- sowie MR-Daten in einer einzigen Untersuchung ermöglicht, ohne einen Patienten erneut positionieren zu müssen. Wie ein MR-Scanner ermöglicht das hybride System ein Erzeugen von Bildern mit Weichteilgewebekontrast, eine ausgezeichnete dreidimensionale Visualisierung, die Fähigkeit, in mehreren Scanebenen abzubilden, sowie die Möglichkeit, physiologische Daten zu liefern. Zu den Röntgen-Komponenten des hybriden Scanners gehört eine drehbare Anode (104), die sich während einer Datenakquisition dreht, und deren Rotation veranlasst wird, ohne dass ein unerwünschter magnetischer Fluss in das MR-Magnetfeld eingebracht wird.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein diagnostische Bildgebungssysteme, und insbesondere einen kombinierten Magnetresonanz-(MR)- und Röntgen-Scanner mit einer drehbaren Anode.

Es wurde eine Reihe von diagnostischen Bildgebungssystemen entwickelt, um Ärzte, Röntgenologen, sonstige Dienstleister auf dem Gebiet der Gesundheitsfürsorge und Forscher in einer nicht invasiven oder minimalinvasiven Erkundung bzw. Behandlung anatomischer Anomalien und Pathologien zu unterstützen. Zu diesen Bildgebungssystemen zählen Röntgenographie, Computertomographie (CT), Einzelprotonemission-Computertomographie (SPECT), Positronenemissionstomographie (PET), Ultraschall, Magnetresonanz-Tomographie (MRT), und von diesen abgeleitete Systeme. Jedes dieser diagnostischen Bildgebungssysteme sowie andere nicht ausdrücklich aufgeführte werden verwendet, um basierend auf der Detektion und der Verarbeitung von Energie, die durch ein Objekt gelangt ist, medizinische oder andere klinisch verwertbare Bilder hervorzubringen. Röntgenographie war die erste entwickelte medizinische Bildgebungstechnologie und basiert auf der Projektion von Röntgenstrahlen, die von einer Röntgenröhre in Richtung eines Objekt abgestrahlt werden. In das Objekt tritt dann ei ne homogene Verteilung von Röntgenstrahlen ein und wird in dem Maße verändert, wie die Röntgenstrahlen durch Streuung und Absorption innerhalb des Gewebes in dem Objekt aus dem Strahl entfernt werden. Da die Röntgenschwächungseigenschaften von Gewebe, Knochen, Weichteilgewebe und Luft innerhalb des Patienten unterschiedlich sind, tritt aus dem Objekt eine entsprechende heterogene Verteilung von Röntgenstrahlen aus. Diese heterogene Verteilung von Röntgenstrahlen wird durch einen in der Regel flachen Röntgendetektor auf der anderen Seite des Objekts erfasst und verwendet, um eine radiographisches Bild der heterogenen Verteilung zu erzeugen. Das radiographische Bild ist eine Abbildung dieser durch das Objekt gelangten heterogenen Röntgenstrahlverteilung.

MRT stellt eine weitere diagnostische Bildgebungstechnik oder Modalität dar, die Magnetfelder verwendet, die etwa 10.000 bis 60.000-mal stärker als das Erdmagnetfeld sind. Wenn eine Substanz wie menschliches Gewebe diesem außerordentlich starken und homogenen Magnetfeld ausgesetzt wird, versuchen die einzelnen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe sich mit diesem Polarisationsfeld auszurichten, präzedieren jedoch um dieses in zufälliger Verteilung bei ihrer charakteristischen Larmorfrequenz. Falls die Substanz oder das Gewebe einem Magnetfeld ausgesetzt wird (Anregungsfeld B₁), das sich in der xy-Ebene befindet und nahe der Larmorfrequenz ist, kann das netto ausgerichtete Moment, oder die "Längsmagnetisierung" in z-Richtung in der xy-Ebene gedreht oder "gekippt" werden, um ein Nettotransversalmagnetmoment M_t zu erzeugen. Nachdem das Anregungssignal B₁ beendet ist, wird durch die angeregten Spins ein Signal emittiert, und das Sig nal kann empfangen und verarbeitet werden, um ein Bild aufzubauen.

Wenn die Signale verwendet werden, um MR-Bilder zu produzieren, werden Magnetfeldgradienten (G_x, G_y und G_z) verwendet. Typischerweise wird die abzubildende Region mittels einer Folge von Messzyklen gescannt, in denen diese Gradienten in Abhängigkeit von dem verwendeten speziellen Ortungsverfahren variieren. Der sich ergebende Satz von empfangenen NMR-Signalen wird digitalisiert und verarbeitet, um mittels eines oder mehrerer hinlänglich bekannter Rekonstruktionstechniken ein MR-Bild zu rekonstruieren.

MRT erzeugt einen Satz von tomographischen durch das Objekt hindurch genommenen Schichtbildern, wobei jeder Punkt in dem Bild abhängig von den mikromagnetischen Eigenschaften des entsprechenden Gewebes an dem Punkt bewertet wird. Da unterschiedliche Arten von Gewebe, beispielsweise Fett, weiße und graue Gehirnsubstanz, Zerebrospinalflüssigkeit und Krebsgewebe, sämtliche unterschiedliche örtliche magnetische Eigenschaften haben, zeigen mittels MRT erzeugte Bilder eine hohe Empfindlichkeit gegenüber anatomischen Unregelmäßigkeiten und weisen daher gewöhnlich großen Kontrast auf. Aufgrund dieser verhältnismäßig hohen Empfindlichkeit gegenüber anatomischen Unregelmäßigkeiten wird MRT häufig in neurologischer Bildgebung, musculoskeletalen Anwendungen sowie in der Blutstrombildgebung verwendet.

Wie mit Blick auf MRT festgestellt, kann abhängig von Eigenheiten eines Patienten sowie dem Ziel des diagnostischen Bildgebungsvorgangs eine jeweilige diagnostische Betriebsart zu bevorzugen sein. Beispielsweise wird eine radiographische oder Röntgenbildgebung gewöhnlich für das Aufdecken von skeletalen Pathologien, beispielsweise Knochenbrüchen verwendet werden. Da Ultraschall für einen wachsenden Fötus weniger schädlich ist als ionisierende Strahlung, wird bei geburtshilflich behandelten Patienten gewöhnlich Ultraschallbildgebung bevorzugt. CT wird häufig für die Detektion von Krebserkrankungen, Bandscheibenvorfällen, subdurale Hämatomen, Aneurismen sowie einer großen Anzahl weiterer Pathologien verwendet. Wegen dieser relativen Unabhängigkeit zwischen jeder der Bildgebungstechniken, bezogen neuere Entwicklungen von Konstruktionen diagnostischer Bildgebungssysteme die Kombination mehrerer Bildgebungstechniken in einem einzigen Scanner mit ein. Beispielsweise wurde ein hybrider MRT- und eine Digitalsubtraktionsangiographiescanner vorgeschlagen, bei dem jedes Bildgebungssystem in gesonderten Räumen betrieben wird, während eine einzige Liege zum Befördern des Patienten zwischen den Bildgebungseinheiten verwendet wird. Bei diesem kombinierten oder hybriden System können standardisierte klinische Bildgebung sowie interventionelle Verfahren durchgeführt werden, wobei nur ein minimales erneutes Positionieren des Patienten erforderlich ist. Ein Nachteil dieses vorgeschlagenen hybriden Systems besteht jedoch darin, dass zwei gesonderte und unabhängige Scanner untergebracht und betrieben werden müssen. D. h. die Unabhängigkeit jedes Scanners bleibt erhalten, wobei eine minimale gegenseitige Abhängigkeit in Form einer gemeinsamen Liege vorhanden ist, die dazu dient, den Patienten von dem MR-Scanner zu dem angiographischen System vice versa zu befördern.

Eine weiteres vorgeschlagenes hybrides System kombiniert MR- und Röntgentechnik in einem einzigen Scanner. Ein derartiger Scanner ermöglicht sowohl eine Röntgendurchleuchtung als auch eine MRT in einer einzigen Untersuchung, ohne den Patienten erneut positionieren zu müssen, wie es typischerweise bei Kombinations- oder Hybridsystemen erforderlich ist. Im Falle dieses vorgeschlagenen Scanners ist unterhalb der Patientenliege ein Flachpaneelröntgendetektor angeordnet und eine Röntgenröhre mit feststehender Anode ist über Kopf positioniert, wobei die Anoden-Kathoden-Achse fluchtend mit dem Hauptmagnetfeld und einem Hochfrequenzröntgengenerator ausgerichtet ist. Da ein MR-System ein sehr stabiles, gleichförmiges hochenergetisches Magnetflussfeld aufrecht erhalten muss, um dem System ein Akquirieren von präzisen Signalen für eine Bildrekonstruktion zu ermöglichen, verwendet dieses oben erwähnte hybride MR/Röntgen-System eine feststehende oder stationäre Anode. Typischerweise verwendet ein eigenständiger Röntgen-Scanner eine rotierende Anode. Die Anode wird gewöhnlich mittels eines Induktionsmotors drehend angetrieben. Eine Induktionsmotor erzeugt allerdings einen magnetischen Fluss, der auf das weitgehend homogene Magnetfeld, das für eine effektive Akquisition von MR-Daten erforderlich ist, durchschlägt und daher in der Regel Artefakte in dem rekonstruierten Bild hervorruft. Eine stationäre oder feststehende Anode reduziert jedoch die für die radiographische Datenakquisition verfügbare Röntgendosis erheblich.

Wie im Allgemeinen hinlänglich bekannt, ist die Anode eine Zielelektrode aus Metall, an der eine gegenüber einer Kathode positive Potentialdifferenz aufrecht erhalten wird. Die auf der Anode auftreffenden Elektronen geben den größten Teil ihrer Energie in Form von Wärme ab, während nur ein geringer Bruchteil der Energie in Form von Röntgenstrahlung emittiert wird. Folglich ist die Erzeugung von Röntgenstrahlen in ausreichender Quantität für eine angemessene Bildqualität mit der Erzeugung einer großen Wärmemenge in der Anode verbunden. In Konfigurationen mit stationären oder feststehenden Anoden ist ein Wolframeinsatzelement in einem Kupferblock eingebettet. Der Kupferblock erfüllt eine Doppelfunktion, insofern er das Wolframziel trägt und für die Abfuhr der Wärme von dem Wolframziel sorgt. Allerdings begrenzt die geringe Größe der Zielfläche die Wärmeabfuhr und folglich den maximalen Röhrenstrom, und damit auch den Röntgenfluss. Im Gegensatz dazu weisen rotierende Anoden eine hervorragende Wärmebelastungscharakteristik auf und ermöglichen daher höhere Röntgenausgangsleistungen als Konfigurationen mit einer stationären oder feststehenden Anode. Elektronen geben ihre Energie an ein ständig rotierendes Zielobjekt ab, wobei sich die thermische Energie über eine große Fläche und Masse der Anodenscheibe verteilt. Im Allgemeinen wird ein Induktionsmotor verwendet, um die Anode während einer Datenakquisition zu drehen. Diese Rotation fächert nicht nur den Röntgenstrahl auf, sondern führt über die Fläche und Masse der Anodenscheibe auch Wärme von dem Wolframziel ab. Wegen dieser verbesserten Wärmeabfuhrcharakteristik können im Falle von Konfigurationen mit einer rotierenden Anode erheblich höhere Röhrenstromstärken eingesetzt werden als es typischerweise in stationäre Anoden verwendenden Konfigurationen möglich ist. Die Röntgendosis ist direkt proportional zu dem Röhrenstrom und ein höherer Röhrenstrom ermöglicht daher eine Steigerung der für eine Datenakquisition verfügbaren Röntgendosis. Allerdings verwenden typische rotierende Anodenanordnungen, wie oben erwähnt, einen Induktionsmotor, um die Rotation herbeizuführen. Der Induktionsmotor erzeugt jedoch einen magnetischen Fluss, der in der Regel auf das homogene Magnetfeld durchschlägt, das für eine Akquisition von MR-Daten im Falle der Verwendung eines herkömmlichen MR-Scanners erforderlich ist. In dieser Hinsicht hat sich eine rotierende Anodenkonfiguration für einen hybriden oder kombinierten MR/Röntgen-Scanner als untauglich erwiesen.

Es wäre daher erwünscht, einen hybriden MR/Röntgen-Scanner mit einer drehbaren Anode zu konstruieren, die sich während einer Datenakquisition fortwährend drehen lässt, ohne das weitgehend homogene Magnetfeld zu stören, das für eine Akquisition von MR-Daten erforderlich ist. Es wäre ferner erwünscht, über einen hybriden Scanner zu verfügen, der kein erneutes Positionieren eines Patienten erfordert, um die entsprechenden Typen von diagnostischen Daten zu akquirieren.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen MR/Röntgen-Scanner, der eine drehbare Anode aufweist, die die oben erwähnten Nachteile beseitigt.

Ein hybrider MR/Röntgen-Scanner ist offenbart, der die Akquisition von Röntgen- sowie MR-Daten im Rahmen einer ein zigen Untersuchung ermöglicht, ohne den Patienten erneut positionieren zu müssen. Als ein MR-Scanner ermöglicht das hybride System ein Erzeugen von Bildern mit weichteilgewebekontrast, eine ausgezeichnete dreidimensionale Visualisierung, die Fähigkeit Abbildungen in mehreren Scanebenen herzustellen sowie die Option physiologische Daten zu liefern. Zu den Fähigkeiten der Röntgentechnik des hybriden Einzelscanners zählt das Erzielen einer hohen Auflösung und das Erzeugen von 2D-Projektionen in Echtzeit mit ausgezeichnetem Kontrast, um Katheter, Stents, Platinspulen und andere Instrumente aus Metall zu Führen und an Ort und Stelle zu bringen. Eine Reihe von interventionellen Verfahren können sowohl in der Röntgenbildgebung als auch in der MR-Bildgebung durch ein Verwenden des offenbarten Scanners Vorteile nutzen. Beispielsweise ist ein transjugularer intrahepatischer portosystemischer Shunt ein bekanntes klinisches Verfahren, das verwendet wird, um aufgrund von Pfortaderhypertonie entstandene blutende ösophageale Varizen zu behandeln. Die Chemoembolisierung hepatischer Tumore kann ebenfalls Nutzen aus dem offenbarten hybriden Scanner ziehen. Für eine Reihe anderer Anwendungen kann das offenbarte hybride MR/Röntgen-System ebenfalls von Vorteil sein. Zu jenen Verfahren zählen vaskuläre Anwendungen, biliäre Drainagen, Abszessdrainagen, Gallensteinentfernung, perkutane Nephrostomie und Nierensteinentfernung. Andere interventionelle Verfahren sowie minimalinvasive Verfahren können ebenfalls Vorteile aus der vorliegenden Erfindung ziehen.

Das offenbarte MR/Röntgen-System weist eine drehbare Anode auf, die durch einen Antrieb geeignet angetrieben wird, so dass das weitgehend homogene Magnetfeld, das für eine Ak quisition von MR-Daten erforderlich ist, während der Akquisition radiographischer Daten nicht gestört wird. Die rotierende Anode ermöglicht eine größerer Wärmebelastung und infolgedessen höhere Röntgenausgangsleistungen im Vergleich zu einer feststehenden oder stationären Anode.

Dementsprechend ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Bildgebungssystem offenbart, das eine MR-Bildgebungsvorrichtung zum Akquirieren von MR-Daten eines Objekts sowie eine Röntgenbildgebungsvorrichtung enthält, die eine drehbare Anode aufweist, die in der MR-Bildgebungsvorrichtung integriert angeordnet ist, um radiographische Daten des Objekts zu akquirieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine MR-Vorrichtung offenbart, die ein MR-Bildgebungssystem enthält, das eine Vielzahl von Gradientenspulen, die um eine Bohrung eines Magneten positioniert sind, um ein polarisierendes Magnetfeld zu errichten, und ein HF-Transceiversystem sowie einen HF-Schalter aufweist, der durch ein Pulsmodul gesteuert wird, um HF-Signale an eine HF-Spulenanordnung zu senden, um MR-Bilder zu akquirieren. Die MR-Vorrichtung enthält ferner eine Antriebsvorrichtung, die konfiguriert ist, um die Rotation einer in der Bohrung des Magneten angeordneten drehbaren Anode zu steuern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, gehören zu einem Verfahren zur diagnostischen Bildgebung die Schritte, ein weitgehend homogenes Magnetfeld um ein Objekt zu errichten und hochfrequente elektromagnetische Energie auf das Objekt zu projizieren. Das Verfahren beinhaltet ferner die Schritte, eine Anode einer elektromagnetische Energie hoher Frequenz verwendenden Röhrenanordnung in dem Magnetfeld während des Projizierens drehend anzutreiben und MR- und radiographische Daten von dem Objekt zu akquirieren.

Vielfältige andere Ausstattungsmerkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen veranschaulichen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das gegenwärtig für eine Verwirklichung der Erfindung in Betracht gezogen wird.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines kombinierten MR- und Röntgen-Bildgebungssystems für einen Einsatz in der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Schnittansicht einer Röntgenröhrenvorrichtung.
3 zeigt eine geschnittene Teilansicht der in 2 veranschaulichten Anodenanordnung.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines piezokeramischen Antriebs für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es ist ein hybrider MR/Röntgen-Scanner offenbart. Der Scanner weist eine drehbare Anode auf, die durch einen Antrieb geeignet angetrieben wird, so dass während einer Datenakquisition kein magnetischer Fluss in ein weitgehend homogenes Magnetfeld B₀ eingebracht wird. Der offenbarte Scanner ermöglicht es, im Rahmen einer einzigen Untersuchung sowohl Röntgen- und als auch MR-Daten zu akquirieren, ohne dass ein erneutes Positionieren des Patienten erforderlich ist.
Unter Bezugnahme auf 1 sind die Hauptkomponenten eines hybriden Magnetresonanz-Tomographie-(MRT)- und Röntgen-Systems 10 gezeigt, das die vorliegende Erfindung verwendet. Der Betrieb des MRT-Systems wird von einer Bedienungskonsole 12 aus gesteuert, die eine Tastatur oder ein sonstiges Eingabegerät 13, ein Bedienpult 14 und einen Displaybildschirm 16 aufweist. Die Konsole 12 kommuniziert über ein Verbindungselement 18 mit einem gesonderten Rechnersystem 20, das es einem Bediener ermöglicht, das Erzeugen und Wiedergeben von Bildern auf dem Displaybildschirm 16 zu steuern. Das Rechnersystem 20 enthält eine Anzahl von Modulen, die über eine Rückwandplatine 20a Daten miteinander austauschen. Zu diesen Modulen gehören ein Bildprozessormodul 22, ein CPU-Modul 24 und ein aus dem Stand der Technik als Framepuffer bekanntes Memorymodul 26, das zum Speichern von Bilddatenfeldern dient. Das Rechnersystem 20 ist an ein Plattenspeichermedium 28 und ein Bandlaufwerk 30 angeschlossen, um Bilddaten und Programme zu speichern, und tauscht über ein serielles Hochgeschwindigkeitsverbindungselement 34 mit einer gesonderten Systemsteuerung 32 Daten aus. Das Eingabegerät 13 kann eine Maus, einen Joystick, eine Tastatur, einen Trackball, einen Touch-Screen, einen Lichtstift, eine Sprachsteuerung oder beliebige ähnliche oder äquivalente Eingabegeräte beinhalten und kann für ein interaktives Vorgeben der Geometrie verwendet werden.
Die Systemsteuerung 32 enthält einen Satz von Modulen, die über eine Rückwandplatine 32a miteinander verbunden sind. Zu diesen gehören ein CPU-Modul 36 und ein Pulsgeneratormodul 38, das über ein serielles Verbindungselement 40 mit der Bedienungskonsole 12 verbunden ist. Über das Verbindungselement 40 empfängt die Systemsteuerung 32 von dem Bediener Steuerbefehle, um die auszuführende Scansequenz anzugeben. Das Pulsgeneratormodul 38 veranlasst die Systemkomponenten dazu, die gewünschte Scansequenz auszuführen, und erzeugt Daten, die die Zeitsteuerung, Intensität und Form des erzeugten HF-Pulses sowie die Zeitsteuerung und Länge des Datenakquisitionsfensters anzeigen. Das Pulsgeneratormodul 38 ist mit einem Satz von Gradientenverstärkern 42 verbunden, um die Zeitsteuerung und Gestalt der Gradientenpulse anzugeben, die während des Scannens erzeugt werden. Das Pulsgeneratormodul 38 kann ferner Patientendaten von einem physiologischen Akquirierungscontroller 44 empfangen, der von mehreren unterschiedlichen, mit dem Patienten verbundenen Sensoren Signale entge gennimmt, z.B. EKG-Signale von an den Patienten angelegten Elektroden. Und schließlich ist das Pulsgeneratormodul 38 mit einem Scanraum-Interfaceschaltkreis 46 verbunden, der Signale von vielfältigen Sensoren empfängt, die den Zustand des Patienten und Bedingungen des Magnetsystems kennzeichnen. Es ist ebenfalls der Scanraum-Interfaceschaltkreis 46, über den ein Patientenpositionierungssystem 48 Steuerbefehle entgegennimmt, um den Patienten zu der gewünschten Position für das Scannen zu bewegen.
Die durch das Pulsgeneratormodul 38 erzeugten Gradientenwellenformen werden an das Gradientenverstärkersystem 42 angelegt, das G_x-, G_y- und G_z-Verstärker aufweist. Jeder Gradientenverstärker regt eine entsprechende physikalische Gradientenspule in einer allgemein mit 50 bezeichneten Gradientenspulenanordnung an, um die Magnetfeldgradienten zu erzeugen, die einem geometrischen Codieren von akquirierten Signalen dienen. Die Gradientenspulenanordnung 50 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 52, die einen Polarisierungsmagneten 54 und eine Ganzkörper-HF-Spule 56 aufweist. Ein Transceivermodul 58 in der Systemsteuerung 32 erzeugt Pulse, die durch einen HF-Verstärker 60 amplifiziert und durch einen Sende/Empfangsschalter 62 an die HF-Spule 56 gekoppelt werden. Die sich ergebenden Signale, die durch die im Inneren des Patienten angeregten Kerne emittiert werden, können durch dieselbe HF-Spule 56 erfasst und durch den Sende/Empfangsschalter 62 an einen Vorverstärker 64 gekoppelt werden. Die amplifizierten MR-Signale werden in dem Empfängerabschnitt des Transceivers 58 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende/Empfangsschalter 62 wird durch ein Signal des Puls generatormoduls 38 gesteuert, um während des Sendemodus den HF-Verstärker 60 elektrisch an die Spule 56 anzukoppeln und während des Empfangsmodus den Vorverstärker 64 mit der Spule 56 zu verbinden. Der Sende/Empfangsschalter 62 kann ferner eine gesonderte HF-Spule (beispielsweise eine Flächenspule) in die Lage versetzen, entweder in dem Sende- oder in dem Empfangsmodus verwendet zu werden.
Die durch die HF-Spule 56 aufgefangenen MR-Signale werden durch das Transceivermodul 58 digitalisiert und an ein Memorymodul 66 in der Systemsteuerung 32 übermittelt. Ein Scandurchlauf ist vollständig, wenn ein Array von unverarbeitetem k-Raum-Daten in dem Memorymodul 66 akquiriert ist. Diese unverarbeiteten k-Raum-Daten werden für jedes zu rekonstruierende Bild in gesonderte k-Raum-Datenfelder umgruppiert, und jedes dieser Bilder wird an einen Array-Prozessor 68 ausgegeben, der dazu dient, die Daten mittels einer Fourier-Transformation in ein Feld von Bilddaten zu transformieren. Diese Bilddaten werden über das serielle Verbindungselement 34 an das Rechnersystem 20 übermittelt, wo sie in einem Speicher gespeichert werden, beispielsweise auf einem Plattenspeichermedium 28. In Antwort auf von der Bedienungskonsole 12 her entgegengenommene Steuerbefehle können diese Bilddaten in einem Langzeitspeicher archiviert werden, z.B. auf dem Bandlaufwerk 30, oder können durch den Bildprozessor 22 weiter verarbeitet und zu der Bedienungskonsole 12 übermittelt und auf dem Display 16 wiedergegeben werden.
Der Scanner 10 enthält ferner für eine radiographische Datenakquisition eine Röntgenröhrenvorrichtung 70 und eine Detektoranordnung 72. Die Röntgenröhrenvorrichtung 70 ist innerhalb der Bohrung der Magnetanordnung 52 positioniert und enthält eine drehbare Anode, die während der Datenakquisition in einer Weise angetrieben und gesteuert wird, so dass Störungen des homogenen Magnetfelds vermieden sind. Ein Verwenden einer rotierenden Anode ermöglicht eine Steigerung der verfügbaren Röntgendosis im Vergleich zu einer stationären oder feststehenden Anode. Ein Flachpaneeldetektor 72 ist funktional mit einem Röntgendatenakquisitionssystem 76 verbunden, das durch eine Systemsteuerung 32 oder eine sonstige zentrale Steuerung gesteuert wird. Die Systemsteuerung enthält einen Röntgencontroller 74, der konstruiert ist, um den Betrieb der Röntgen-Komponenten des hybriden Scanners zu steuern.
Anhand von 2 werden nun Komponenten der Röntgenröhrenvorrichtung 70 veranschaulicht. Das Röntgen-System 70 enthält eine Anode 78 und eine Kathode 80, die zusammen eine Röntgenquellenvorrichtung oder Röntgenröhre 82 bilden. Eine Fluidkammer 84 ist vorgesehen und innerhalb eines mit Blei ausgekleideten Gehäuses 86 untergebracht. Die Fluidkammer 84 ist gewöhnlich mit Kühlfluid 88 gefüllt, das dazu dient, innerhalb der Röntgenquellenvorrichtung 82 auftretende Wärme abzuführen. Das Kühlfluid 88 ist gewöhnlich ein dielektrisches Öl, es können jedoch auch andere Kühlfluide, beispielsweise Luft verwendet werden. Eine (nicht gezeigte) Ölpumpe sorgt für ein Zirkulieren des Kühlfluids durch das Röntgen-System 70, um die Röntgenstrahlen erzeugenden Komponenten 82 zu kühlen und das Gehäuse 86 gegen innerhalb der Vakuumkammer 90 vorzufindende starke elektrische Ladungen zu isolieren. Um das Kühlfluid auf angemessene Temperaturen abzukühlen, ist ein (nicht gezeigter) Kühler vorgesehen. Ferner kann ein (nicht gezeigtes) Gebläse in der Nähe des Kühlers angebracht sein, um einen Kühlluftstrom über den Kühler strömen zu lassen, während das dielektrische Öl durch diesen hindurch zirkuliert. Elektrische Anschlüsse sind in einer Anodenfassung 92 und einer Kathodenfassung 94 vorgesehen, die einen Fluss von Elektronen 96 durch das Röntgen-System 70 ermöglichen.
Das Gehäuse 86 ist gewöhnlich aus einem auf Aluminium basierenden Material gefertigt und mit Blei ausgelegt, um Streuröntgenemissionen zu unterbinden. Weiter ist benachbarte zu der Vakuumkammer 90 und innerhalb des Gehäuses 86 eine Antriebsvorrichtung 98 vorgesehen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Antriebsvorrichtung ein auf radialen Magnetfluss basierender Antrieb. Ein Fenster 100 ist vorgesehen, das es innerhalb des Systems 70 erzeugten Röntgenemissionen erlaubt, das System zu verlassen und in Richtung auf ein Objekt, beispielsweise einen Patienten, für eine diagnostische Bildgebung projiziert zu werden. Typischerweise ist das Fenster 100 in dem Gehäuse 86 ausgebildet. Das Gehäuse 86 ist so konstruiert, dass dem Großteil der erzeugten Röntgenstrahlen 102 mit Ausnahme durch das Fenster 100 eine Emission verwehrt ist.
Die Anode 78 weist eine rotierende, scheibenförmige Anodenscheibe 104 auf. Auf eine Anregung eines mit der Kathode 78 und der Anode 80 verbundenen elektrischen Stromkreises hin, treffen gegen die Anode 78 gelenkte und zu dieser hin beschleunigte Elektronen 96 auf die Fläche der Anodenscheibe 104 auf und erzeugen dabei hochfrequente elektromagnetische Wellen 102 im Röntgenspektrum. Die Röntgenstrahlen werden anschließend durch das durchlässige Fenster 100 aus dem Röntgen-System 70 heraus in Richtung auf das Objekt gelenkt. Die Rotation der Anodenscheibe 104 verbessert die Wärmebelastungscharakteristik der Anode und ermöglicht dadurch höhere Röhrenströme. Höhere Röhrenströme ermöglichen die Verfügbarkeit größerer Strahlendosen für eine Datenakquisition.
Mit Bezugnahme auf 3 gehören zu der Anode 78 die an einem Rotor 108 angebrachte Anodenscheibe 104 und Lagerungen 109 der Antriebsvorrichtung 98 über die Spindel 106. Es ist bevorzugt, dass für die Befestigung der Anodenscheibe an der Rotor/Lageranordnung ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet wird. Gewöhnlich wird in Konfigurationen mit rotierenden Anoden Molybden wegen dessen geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet, um eine Übertragung der Wärme von der Anodenscheibe auf das Lager zu reduzieren. Der über Lager befestigte Rotor 108 trägt die Anodenscheibe 104 innerhalb der evakuierten Röntgenröhre. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist um den Rotor 108 eine Statoranordnung 110 angeordnet, die eine Rotation der Anodenscheibe 104 induziert. Die Anodenscheibe 104 kann zu einer Rotation mit Drehzahlen von 10.000 Umdrehungen pro Minute veranlasst werden.
Noch immer Bezug nehmend auf 3 enthält die Anode 78 ferner in einem Ausführungsbeispiel eine Energiespeichervorrichtung, beispielsweise eine Feder 112, die funktional mit dem Rotor 108 verbunden und innerhalb des Lagereinsatzes 109 untergebracht ist. Feder 112 ist an dem Rotor angebracht und geeignet konfiguriert, so dass in der Feder Energie gespeichert wird, wenn die Anodenscheibe 104 in Gegenrichtung gedreht wird. In dieser Hinsicht kann dem Stator 110 Wechselstrom zugeführt werden, um eine Rotation des Rotors 108 in Gegenrichtung zu induzieren. Diese in Gegenrichtung durchgeführte Rotation spannt die Feder 112 wirkungsvoll vor bzw. speichert Energie in dieser.
Vor einer Datenakquisition wird der Rotor veranlasst sich in Gegenrichtung zu drehen, so dass in der Feder 112 Energie gespeichert wird. Sobald eine ausreichende Menge von Energie in der Feder gespeichert ist, wird die in Gegenrichtung der Rotation auf den Rotor ausgeübte Vorspannung entfernt. Als Folge hiervon wird der in der Feder 112 gespeicherten Energie ermöglicht sich zu entfalten, wobei diese eine Rotation des Rotors 108 hervorruft. Da der Antrieb abgeschaltet ist und die Anodenscheibe lediglich durch die Feder 112 zur Rotation veranlasst wird, werden keine Magnetfeldstörungen hervorgerufen. Dementsprechend lässt sich die Akquisition von MR- und Röntgen-Daten mit einem höheren Röntgendosierungspegel und einem weitgehend homogenen Magnetfeld durchführen. Da die meisten MR-Scans innerhalb von 60 Minuten beendet sind, ist es bevorzugt, dass die Feder 112 geeignet konstruiert ist, um eine 60 Minuten währende Rotation der Anodenscheibe 104 aufrecht zu erhalten, so dass höhere Dosispegel über die gesamte Zeitspanne der Akquisition von MR-Daten hinweg verwendet werden können.
In noch einem Ausführungsbeispiel ist die Anode 78 ohne die Feder 112 konstruiert. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Rotation des Rotors 108 mit einer ausreichenden Frequenz oder Drehzahl pro Minute veranlasst, so dass ein in dem Rotor 108 erzeugter Trägheitsimpuls in der Lage ist, eine Rotation der Anodenscheibe nach einem Entfernen der Rotationsvorspannung über die gesamte Bildgebungsuntersuchung hinweg zu unterstützen. Beispielsweise kann die Anodenscheibe 104 dazu veranlasst werden, mit einer Frequenz von 200 Hz zu rotieren. Wenn eine Frequenz von 200 Hz oder höher erreicht ist und aufrecht erhalten ist, wird der Antrieb 98 abgeschaltet und trägt daher nicht mehr zu der Rotation der Scheibe 104 bei. Allerdings bewirken Trägheitskräfte eine Fortsetzung der Rotation der Anodenscheibe 104 trotz des Entfernens der durch den Antrieb 98 darauf ausgeübten Vorspannkraft. Vorzugsweise sind der Rotor und die Lageranordnungen geeignet konstruiert, so dass die Zeit für das Auslaufen der Anodenscheibe 104 etwa sechzig Minuten oder der Dauer eines herkömmlichen MR-Scandurchgangs entspricht.
Mit Bezugnahme auf 4 ist ein piezokeramischer Antrieb veranschaulicht, der sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwenden lässt. Ein piezokeramischer Antrieb 114 versetzt die Anodenscheibe in Drehung, ohne das weitgehend homogene Magnetfeld B₀ zu stören, das für eine Akquisition von MR-Daten erforderlich ist. Der piezokeramische Antrieb 114 umfasst eine Gleitkomponente 116 und eine piezokeramische Schwingkomponente 118. Eine elastische Schwingkomponente 120 ist zwischen dem Gleitelement 116 und dem piezokeramischen Vibrator 118 eingebettet. Wie allgemein hinlänglich bekannt wandeln piezokeramische Antriebe Spannung und Ladung in Kraft und Bewegung um. Dementsprechend wird eine Wechselspannung angelegt, die aufgrund von piezoelektrischen Eigenschaften die Gleitkomponente 116 veranlasst sich zu bewegen. Die Gleitkomponente 116 ist funktional mit der Anodenspindel verbunden, so dass bei einem Anlegen einer ausreichend hohen Spannung bzw. der Zufuhr eines ausreichend großen Stroms eine Rotation der Anodenspindel hervorgerufen wird. D. h. während eines Leistungshubtaktes, nimmt das Gleitelement die Anodenspindel aus dem Eingriff und, in einem Schubtakt, nimmt das Gleitelement die Spindel in Eingriff und übt auf diese eine Kraft aus. Falls der Schubenergiezyklus mit einer ausreichenden Frequenz wiederholt wird, kann eine Rotation der Spindel hervorgerufen werden. Dem Fachmann ist es offenkundig, dass die Spannungs- und Stromstärkenpegel gesteuert werden können, um in die eine Richtung mehr Bewegung und Kraft zu induzieren als in die entgegengesetzte. Im Ergebnis kann eine Rotation der Anodenscheibe in eine gewünschte Richtung wirkungsvoll erreicht werden. Darüber hinaus wird ein Fachmann ohne weiteres erkennen, dass andere piezoelektrische oder Ultraschallantriebe gleichermaßen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist daher ein Bildgebungssystem offenbart, das eine MR-Bildgebungsvorrichtung zum Akquirieren von MR-Daten eines Objekts sowie eine Röntgenbildgebungsvorrichtung enthält, die eine drehbare Anode aufweist, die in der MR-Bildgebungsvorrichtung integriert angeordnet ist, um radiographische Daten des Objekts zu akquirieren.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine MR-Vorrichtung offenbart, die ein MR-Bildgebungssystem enthält, das eine Vielzahl von Gradientenspulen, die um eine Bohrung eines Magneten positioniert sind, um ein polarisierendes Magnetfeld zu errichten, und ein HF-Transceiversystem sowie einen HF-Schalter aufweist, der durch ein Pulsmodul geschaltet wird, um HF-Signale an eine HF-Spulenanordnung zu senden, um MR-Bilder zu akquirieren. Die MR-Vorrichtung weist ferner eine Antriebsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, um eine Rotation einer drehbaren Anode zu steuern, die in der Bohrung des Magneten angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, gehören zu einem Verfahren zur diagnostischen Bildgebung die Schritte, ein weitgehend homogenes Magnetfeld um ein Objekt zu errichten und hochfrequente elektromagnetische Energie auf das Objekt zu projizieren. Das Verfahren beinhaltet ferner die Schritte, während des Projizierens eine Anode einer elektromagnetische Energie hoher Frequenz verwendenden Röhrenanordnung in dem Magnetfeld drehend anzutreiben, und MR- und radiographische Daten von dem Objekt zu akquirieren.
Ein hybrider MR/Röntgen-Scanner ist offenbart, der die Akquisition von Röntgen- sowie MR-Daten in einer einzigen Untersuchung ermöglicht, ohne einen Patienten erneut positionieren zu müssen. Wie ein MR-Scanner, ermöglicht das hybride System ein Erzeugen von Bildern mit Weichteilgewebekontrast, eine ausgezeichnete dreidimensionale Visualisierung, die Fähigkeit in mehreren Scanebenen abzubilden, sowie die Möglich keit, physiologische Daten zu liefern. Zu den Röntgen-Komponenten des hybriden Scanners gehört eine drehbare Anode (104), die sich während einer Datenakquisition dreht, und deren Rotation veranlasst wird, ohne dass ein unerwünschter magnetischer Flusses in das MR-Magnetfeld eingebracht wird.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, und es ist klar, dass äquivalente, alternative und modifizierte Formen neben den ausdrücklich genannten möglich sind und im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen.

10: (MR)-Bildgebungssystem
12: Bedienungskonsole
13: Eingabegerät
14: Bedienpult
16: Bildschirm
18: Verbindungselement
20: Computersystem
20a: Rückwandplatine
22: Bildprozessormodul
24: CPU-Modul
26: Memorymodul
28: Plattenspeichermedium
30: Bandlaufwerk
32: Systemsteuerung
32a: Rückwandplatine
34: serielles Verbindungselement
36: CPU-Modul
38: Generatormodul
40: serielles Verbindungselement
42: Gradientenverstärker
44: physiol. Akquirierungscontroller
46: Interfaceschaltkreis
48: Patientenpositionierungssystem
50: Gradientenspulenanordnung
52: Magnetanordnung
54: Polarisierungsmagnet
56: HF-Spule
58: Transceivermodul
60: HF-Verstärker
62: Sende/Empfangsschalter
64: Vorverstärker
66: Memorymodul
68: Arrayprozessor
70: Röntgensystem
72: Detektoranordnung
74: Röntgencontroller
76: Röntgendatenakquisitionssystem
78: Anode
80: Anode
82: Röntgenquellenvorrichtung
84: Fluidkammer
86: Gehäuse
88: Kühlfluid
90: Vakuumkammer
92: Anodenfassung
94: Kathodenfassung
96: Elektronen
98: Antriebsvorrichtung

Claims

Bildgebungssystem, zu dem gehören: eine MR-Bildgebungsvorrichtung (10), um MR-Daten eines Objekts zu akquirieren; und eine Röntgenbildgebungsvorrichtung (70), die eine drehbare Anode (104) aufweist, die in der MR-Bildgebungsvorrichtung (10) integriert angeordnet ist, um radiographische Daten des Objekts zu akquirieren.
Bildgebungssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Antriebsvorrichtung (98) enthält, die dazu eingerichtet ist, um die Anode (104) in einem Magnetfeld zu drehen, das in einer Magnetbohrung der MR-Bildgebungsvorrichtung (10) während einer Datenakquisition erzeugt wird.
Bildgebungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Antriebsvorrichtung (98) einen nicht auf Magnetfluss basierenden Antrieb beinhaltet.
Bildgebungssystem nach Anspruch 3, bei dem der nicht auf Magnetfluss basierende Antrieb einen piezokeramischen Antrieb (114) beinhaltet.
Bildgebungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Antriebsvorrichtung (98) einen auf radialen Magnetfluss basierenden Antrieb beinhaltet, der dazu eingerichtet ist, um die Anode (104) vor einer Akquisition von MR-Daten mit einer spezifizierten Frequenz rotierend anzutreiben.
Bildgebungssystem nach Anspruch 5, bei dem die Anode (104) dazu eingerichtet ist, um in der Magnetbohrung ausgehend von der spezifizierten Frequenz herunter zu einer geringeren Frequenz zu rotieren, ohne dass während einer Akquisition von MR-Daten eine Kraft von dem auf radialen Magnetfluss basierenden Antrieb auf die Anode ausgeübt wird.
Bildgebungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Antriebsvorrichtung (98) einen auf radialen Magnetfluss basierenden Antrieb und eine Vorspannfeder (112) enthält, die geeignet mit der Anode (104) verbunden ist, so dass eine aufgrund des auf radialen Magnetfluss basierenden Antriebs ausgeführte Rotation der Anode (104) die Feder (112) in einen Zustand gespeicherter Energie vorspannt.
Bildgebungssystem nach Anspruch 8, bei dem die Feder (112) ferner dazu eingerichtet ist, um die Anode (104) drehend anzutreiben, wenn die auf die Feder (112) ausgeübte Vorspannkraft entfernt wird.
Bildgebungssystem nach Anspruch 1, bei dem die MR-Bildgebungsvorrichtung einen MR-Magneten mit einer geteilten Spule umfasst.